JP4129903B2 - Method for manufacturing fused mode division directional coupler - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方向性カプラの製造方法に関し、更に詳しくは、製作が簡便で、安定した性能を示す溶融型方向性カプラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
普通の方向性カプラ（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ）は、一つの光ファイバの中を進行する光を二つの光ファイバ（２×２方向性カプラの場合）、若しくは、多数の光ファイバ（Ｎ×Ｎ方向性カプラの場合）の中を進行するように分岐させる機能を有し、ほぼ全ての光通信システムに入る最も基本的な光素子中の一つである。方向性カプラを製作する主な方式は溶融型方式であり、幾つかの特別な場合、研磨型を利用する場合もある。
【０００３】
光ファイバテーパー（ｔａｐｅｒ）とは、光ファイバの一部分を熱を加えて引き伸ばしたことをいい、該作業をテーパープロセス（ｔａｐｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）という。溶融型方向性カプラはかかるテーパープロセスを通じて製作される。
【０００４】
図１ａ乃至図１ｄを参照して、一般的な２×２溶融型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明する。
【０００５】
先ず、図１ａに示したように、ジャケット（１１０）を中間部分で約１〜２ｃｍの長さに剥がして、クラッド（１２０）が露出された２ラインの光ファイバ（１００）を準備する。次に、図１ｂのように、露出されたクラッド同士を相互接触させ、その接触部（Ｃ）をトーチ（１３０）で加熱すると同時に、光ファイバの長さ方向（Ｆ−Ｆ'）に引張を加えながら、溶融接合させる。これと同時に、光ファイバに光信号を入れながら、所望する大きさ程の光分岐が得られた場合、加熱と引張を止めると、図１ｃに示したように、２ラインの光ファイバテーパーが溶融接合されてなる方向性カプラのウェスト（ｗａｉｓｔ：Ｃ'）が型成されるが、この部分は最も細くて、大体に均一な太さを有し、最も強い方向性結合を発生させる。その次、方向性カプラのウェストを保護するために、図１ｄの石英ガラス管（１４０）とエポキシ（１５０）等を用いてそのウェストを固定させると、方向性カプラの製作が完了される。普通、２ラインの光ファイバに同じ光ファイバを使用するが、所望する波長特性や結合率を得るために、２ラインの光ファイバに相互異なる光ファイバを使用するか、１ラインを予め引き伸ばした後製作する場合もある。
【０００６】
図２ａ乃至図２ｅは、一般研磨型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。図２ａのように、先ず、直六面体形態の石英ガラスブロック（２００）を準備する。次に、図２ｂに示したように、光ファイバのジャケット厚さに適当な深さの溝（２０２）を設けた固定台（２００ａ）を完成する。次に、図２ｃのように、エポキシ等を使用して光ファイバ（２１０）を溝に固定させる。その次に、光ファイバコアの中を進行する光が僅か漏れ出すように、光ファイバが埋め立てられているブロック面を研磨してブロックと共に光ファイバのクラッドを削って、図２ｄに示されたように研磨された光ファイバ（２１０ａ）を作る。このように製作された両ブロック（２００ａ、２００ａ'）を接合し、両光ファイバ（２１０ａ、２１０ａ'）のコアを近接させて方向性カプラを製作する。このような研磨型方向性カプラは、偏光維持光ファイバを使用する偏光維持方向性カプラと、楕円形コア二重モード光ファイバ（Ｔｗｏ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：以下、“ＴＭＦ”という）を使用するモード分割方向性カプラのように、光ファイバコアに存在する固有複屈折軸を合わせて製作しなければならない場合と、方向性カプラの結合率を変化させることが出来る可変型方向性カプラの製作に使われる。しかし、研磨型方向性カプラでは、効果的な方向性結合のために、屈折率整合オイル（ｉｎｄｅｘ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｏｉｌ）等がその接合面に使用されなければならないため、溶融型方向性カプラのような全光ファイバ形態のものに比し、温度変化等の環境変化に対する安定性が劣る短所がある。
【０００７】
次に、本発明に対する理解に助力するために、図３ａ及び図３ｂを参照してモード分割方向性カプラの機能について説明することにする。図３ａ及び図３ｂに示されている方向性カプラは、研磨型や溶融型のような製作形態と関係がない普遍的な機能を有し、その基本的な形態は、ＴＭＦ（３００）と単一モード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：３０１、以下、“ＳＭＦ”という）が結合領域（３０２）を介して接合された形態である。
【０００８】
光ファイバを特定づける値として規格周波数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）がある。光ファイバコアの半径をα、波長をλ、コアとクラッドの屈折率を各々ｎｃｏとｎｃｌとした時に、規格周波数Ｖは次の式１で示すことが出来る。
【式１】
光ファイバにおいて、Ｖ値が大きいほど、中を進行することが出来るモードの数が多くなり、Ｖが０から２．４０５の間の値を有する場合、ＬＰ０１モードのみ進行することが出来るＳＭＦになり、２．４０５から３．８３の間の値を有する場合、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードが進行することが出来るＴＭＦになる。Ｖ値が約１．４より小さくなると、光ファイバの導波特性が弱くなり、ＬＰ０１モードの電気場がクラッド領域に広がり始め、クラッドが他の物質と接触するようになると、光損失若しくは光結合が発生するようになる。一般的なＳＭＦで製作する溶融型方向性カプラの場合、かかる性質を利用してＶ値が０．８程度になる状態に製作される。
【００１０】
図３ａに示されている機能は、ＴＭＦ（３００）の中をＬＰ０１モードとＬＰ１１モード（３０３）が進行する時、結合領域（３０２）を経由しながら、ＴＭＦ（３００）のＬＰ０１モードはそのまま通り過ぎて出力端ＴＭＦのＬＰ０１モード（３０４）に出て、ＴＭＦ（３００）のＬＰ１１モードはＳＭＦ（３０１）のＬＰ０１モード（３０５）に切り替わって進行するモード分割機能である。
【００１１】
一方、図３ｂに示されているように、ＳＭＦ（３０１）にＬＰ０１モード（３０６）が入射された場合、結合領域（３０２）を経由してＴＭＦのＬＰ１１モード（３０７）に切換されて進行する。
【００１２】
このようなモード分割やモード切換等は、１００％の効率で発生するのが好ましい。モード分割方向性カプラの性能を示すものとしてモード結合率とモード消去率がある。図３ｂのＳＭＦ（３０１）に入力されたＬＰ０１モード（３０６）のパワーがＰ０である時、この光が結合領域（３０２）を経由して出力端ＴＭＦのＬＰ１１モード（３０７）にモード結合されたパワーがＰ１、出力端ＴＭＦのＬＰ０１モードにモード結合されたパワーがＰ２であるとする時、モード結合率とモード消去率は、次の式２及び式３のように示されるが、これらは、各々９０％と２０ｄＢ程度の値を有するのが普遍的で、値が大きいほど好ましい。
【式２】
有効結合率＝１００×Ｐ１／Ｐ０
【式３】
モード消去率＝１０ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ２）
【００１３】
図４ａは、モード分割方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。図４ａを参照すると、ＳＭＦとＴＭＦを各々一般研磨型方向性カプラと共に研磨されたブロック（４００、４０１）で製作した後、接合面（４０２）に屈折率整合オイルとエポキシ等を使用し、両ブロックを密着、接触させる。該方式にて製作されたモード分割方向性カプラの場合、ＴＭＦのＬＰ１１モードとＳＭＦのＬＰ０１モードとの間に効果的なモード結合が起こるようにするために、両モードの伝播常数が等しい条件、即ち位相整合条件を満たすＳＭＦとＴＭＦ対を使用して製作しなければならない。また、円形コアＴＭＦでは、ＬＰ１１モードのローブ（ｌｏｂｅ）が安定的でないため、楕円形コアＴＭＦを使用して製作し、図４ａの方法によって製作されたモード分割方向性カプラの断面図を示した図４ｂで示しているように、ＴＭＦの楕円形コア（４０３）とＳＭＦのコア（４０４）が接合されて置かれた方向をＴＭＦ楕円形コアの長軸、若しくは短軸の軸方向（４０５）と一致させるのが好ましい。
【００１４】
モードの特性中の一つのモードの伝播常数（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ）βは、そのモードの有効屈折率（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）ｎｅｆｆと次の式４のような線形的な関係にあるため、位相整合条件は、両モードの有屈折率が同じ状態であると表現することが出来る。
【式４】
β＝（２π／λ）ｎｅｆｆ
但し、ここでλは波長である。
【００１５】
従って、研磨型モード分割方向性カプラを製作するためには、ＴＭＦＬＰ１１モードとＳＭＦＬＰ０１モードの有効屈折率を実験的に測定して同じ値を有するＴＭＦとＳＭＦ対を探さなければならない。このような研磨型モード分割方向性カプラは、モード結合とブロック接着のために、屈折率整合オイルとエポキシ等の物質を使用するため、その性能が温度変化のような外部環境変化に影響を受けるようになる問題点がある。
【００１６】
ＴＭＦの中を進行することが出来るモードはＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの２種類である。ＴＭＦの一端にテーパープロセスを行うと、光ファイバのコアとクラッドの直径が同じ比率に小さくなる。テーパープロセスが可能な階段型屈折率分布を持つＴＭＦについて、マックスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）方程式を適用して電気場の式を展開すると、ＴＭＦの中を進行するモード分布とその有効屈折率を数値的に計算することが出来る。図５は、前記の方法を使用して計算された値であって、ＴＭＦテーパーの直径によるＬＰ０１モードの有効屈折率とＬＰ１１モードの有効屈折率を各々示したグラフである。参照番号５００及び５０１は、ＬＰ０１モードの有効屈折率曲線とＬＰ１１モードの有効屈折率曲線を各々示したものであり、参照番号５１０の点線はＴＭＦクラッドの屈折率を示したものである。
【００１７】
有効屈折率がクラッドの屈折率より低く、ジャケットで囲まれた一般的な光ファイバの中は進行出来ないが、ジャケットが剥がれてクラッドと空気とからなる領域、例えば、方向性カプラのウェストのような所は進行出来るモードをクラッドモードといい、ＴＭＦのクラッドモードの中最も低い次数のモードはＬＰ０２モードである。これと逆に、クラッドの屈折率より高く、一般的に進行出来るモードはコアモードという。
【００１８】
参照番号５１２の実線は、クラッドモードの中最も低次モードであるＬＰ０２モードの有効屈折率曲線を示し、有効屈折率がクラッドの屈折率より低い。図５を参照すると、テーパープロセスが進行され、テーパー直径が小さくなることに伴ってＴＭＦ両モードの有効屈折率は徐々に低くなり、遂に、ＬＰ１１モードの有効屈折率がクラッドの屈折率（５１０）と等しくなる直径になると（５１１）、ＬＰ１１モードは、それ以上ジャケットがある光ファイバの中を進行することが出来なくなり、この時のＶは２．４０５である。よって、それより小さい直径において、ＴＭＦテーパーはＳＭＦのようにＬＰ０１モードのみ進行させる。
【００１９】
一方、同一の直径（５０２）を有する２ラインのＴＭＦを準備した後、そのいずれか一つを適切な直径（５０４）にテーパーしたＴＭＦテーパーと、他の一つのＴＭＦを接触させた後、熱を加えながら共に引き伸ばすと、両光ファイバの直径が同じ比率に減るようになる。ＴＭＦテーパーのＬＰ０１モード有効屈折率（５０５）と、他の一つのＴＭＦのＬＰ１１モード有効屈折率（５０３）も直径が減ると共に小さくなる。ＴＭＦテーパーと他の一つのＴＭＦの直径が同じ比率に減り、各々特定の直径値（５０８、５０６）になった時、他の一つのＴＭＦのＬＰ１１モードの有効屈折率（５０７）とＴＭＦテーパーのＬＰ０１モードの有効屈折率（５０９）が同じになる状態、即ち位相整合条件を満たす状態になる。従って、前記のように、ＴＭＦとＴＭＦテーパーを溶融接合させ、最終直径が位相整合条件を満たすように引き伸ばすと、溶融型モード分割方向性カプラを製作することが出来る。しかし、初期にＴＭＦテーパーの直径をどの程度にするかによって、ＴＭＦテーパーのＬＰ０１モードとＴＭＦのＬＰ１１モードとの間に位相整合条件を満たすＴＭＦテーパーと他の一つのＴＭＦの最終直径が異なるようになる。
【００２０】
ここで、従来技術の説明を通じて、ＴＭＦテーパーとＴＭＦの最初直径によって溶融型モード分割方向性カプラの性能がどのように異なるのかを述べる。
【００２１】
従来に、同一の２ラインのＴＭＦのいずれか一つをテーパーして準備されたＴＭＦテーパーと残りのＴＭＦを利用して溶融型モード分割方向性カプラが製作されたところがある。このように、一般的な階段型屈折率分布を有したＴＭＦ及びＴＭＦテーパーを使用して溶融型モード分割方向性カプラを製作する場合、位相整合になる状態曲線を図６に示した。図６は、図５においてＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの間に位相整合条件を満たすＴＭＦとＴＭＦテーパーの直径を求め、グラフに示したものである。図６において、実線に示された曲線（６０１）は、ＴＭＦのＬＰ１１モードとＴＭＦテーパーのＬＰ０１モードとの間に位相整合条件を満たすＴＭＦとＴＭＦテーパーの直径の理論値、一点鎖線に示された曲線（６０２）は、ＴＭＦのＬＰ０２モードとＴＭＦテーパーのＬＰ０１モードとの間に位相整合条件を満たす光ファイバの直径の理論値を各々示す。溶融型モード分割方向性カプラを製作する時、ＬＰ０２モードにモード結合された光はジャケットにあい消失されるため、ＬＰ０２モードへのモード結合は光損失を与える主な要素である。
【００２２】
ＴＭＦとＴＭＦテーパーの初期直径（６０８）が決定されると、溶融型モード分割方向性カプラの製作過程において、両光ファイバの直径は原点に向かう直線（６０７：以下、“カプラ製作直線”という）と共に減るようになる。効果的なモード結合のためには、直径が減る直線と位相整合条件を満たす曲線とがＴＭＦ直径の約１．５μｍ以内（有効屈折率１０−４以内）の誤差に一致され、平行に進むのが好ましいが、ＴＭＦとＴＭＦテーパーで製作される場合に、モード結合領域（６０３〜６０４、６０５〜６０６）における両線はそれ以上の差異を示す。
【００２３】
モード結合領域とは、ＴＭＦのＶ値が１．４から２．４０５の間の値を有する領域を指すが、該領域において、ＴＭＦＬＰ１１モードの有効屈折率はクラッドの屈折率より低く、ＴＭＦＬＰ０１モードはまだクラッドに広がり出ていない状態であるため、ＴＭＦＬＰ１１モードとＴＭＦテーパーのＬＰ０１モードとの間にモード結合は効果的に起こりながら、同時にＴＭＦＬＰ０１モードは光結合に参与しなくて高いモード消去率を得ることが出来るため、溶融型モード分割方向性カプラは、該領域で製作されるのが好ましい。
【００２４】
図６を参照すると分かるように、モード結合領域（６０３〜６０４、６０５〜６０６）において、ＬＰ０１−ＬＰ０２モード曲線（６０２）は、ＬＰ０１−ＬＰ１１モード曲線（６０１）とかなり近接していることが分かる。これにより、ＴＭＦとＴＭＦテーパーを使用して溶融型にモード分割方向性カプラを製作する場合、ＬＰ０２モードへのモード結合がＬＰ１１モードへのモード結合と共に起こるようになり、相当の量の光損失を起こさせるようになるため好ましくない。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
既存の研磨型モード分割方向性カプラは、その製作において、屈折率整合オイルとエポキシ等の異物質を使用するため、温度変化等によってその性能が低下する短所を持っている。
【００２６】
従って、本発明の技術的課題は、光ファイバ以外の物質が含まれなく、温度変化に対する安定性が優れ且つ既存の研磨型方向性カプラ程度の性能を持っている全光ファイバ形態の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法を提供することである。
【００２７】
既存の研磨型方向性カプラの製作では、光ファイバの仕様を変化させることが出来なかったため、各々の光ファイバの仕様を実験的に調査し、ＴＭＦＬＰ１１モードの有効屈折率とＳＭＦＬＰ０１モードの有効屈折率が同じの光ファイバ対を探し出して使用しなければならない煩わしさがあった。従って、本発明の更なる技術的課題は、方向性カプラを製作するための光ファイバ対の選択が比較的に容易なモード分割方向性カプラの製造方法を提供することである。
【００２８】
本発明の更なる技術的課題は、既存の研磨型に比し、その大きさが小さく、軽量に製作することが出来、製作費用及び時間が少なくかかると同時に、素子としての性能は研磨型とほぼ同一に示す溶融型モード分割方向性カプラの製造方法を提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための本発明の溶融型モード分割方向性カプラの製造方法は；コアとクラッドを各々有し、その各々のジャケットの一部が除去された第１及び第２の光ファイバラインであって、前記第１の光ファイバのクラッド直径がＤ１、規格周波数がＶ１であり、前記第２の光ファイバのクラッド直径がＤ２、規格周波数がＶ２であり、Ｖ１＜Ｖ２の条件を満たす第１及び第２の光ファイバを準備するステップと；ジャケットが剥がされた前記第１及び第２の光ファイバのクラッドを相互接触させるステップと；前記第１の光ファイバの特定モードＭ１と前記第２の光ファイバの特定モードＭ２とが結合される結合効率を測定するステップと；前記接触部位を溶融接合させながら、前記光ファイバをその長さ方向に共に引張させるステップと；前記引張ステップを維持するうちに、前記測定された結合効率が特定値に達する時、前記引張ステップを停止させるステップと；を備え、前記特定モード間のモード結合が前記特定効率値を有することを特徴とする。
【００３０】
前記光ファイバの準備ステップにおいて、前記第１の光ファイバは、テーパープロセスによってそのクラッド直径がＤ１になり、前記第２の光ファイバは、クラッドのエッチングによってそのクラッド直径がＤ２になるのが好ましい。
【００３１】
この時、前記光ファイバを準備するにおいて、同一構造の光ファイバに各々テーパープロセスとエッチングを加え、前記第１及び第２の光ファイバを準備することも出来るが、同一構造の光ファイバに単一モード光ファイバ、または二重モード光ファイバを各々使用することが出来る。
【００３２】
二重モード光ファイバを使用する場合、前記Ｍ１がＬＰ０１モードであり、前記Ｍ２がＬＰ１１モードであるのが好ましい。
【００３３】
その他に、前記Ｍ１がコアモードであり、前記Ｍ２がクラッドモードになるようにすることも出来る。
【００３４】
一方、前記引張ステップを停止させるための前記結合効率の特定値を結合効率の最大値に選択することが出来る。
【００３５】
また、前記第１及び第２の光ファイバが全部二重モード光ファイバで楕円形コアを有し、モード結合が発生するＬＰ１１モードの一ローブ方向にのみ安定的なモード結合が発生するように、前記接合部において、前記第１及び第２の光ファイバの配列平面と前記楕円形コアの軸とが平行するように配列することも出来る。
【００３６】
また、前記第１及び第２の光ファイバを楕円形コア多重モード光ファイバに選択し、前記モード結合に参与するモードが、前記第１及び第２の光ファイバのいずれか一つの光ファイバのＬＰ０１モードと、他の一つの光ファイバのＬＰ１２モードと同じの非対称高次モードになるようにすることも出来る。
【００３７】
また、前記第１及び第２の光ファイバを多重モード光ファイバに選択し、前記モード結合に参与するモードが、前記第１及び第２の光ファイバのいずれか一つの光ファイバのＬＰ０１モードと、他の一つの光ファイバのＬＰ０２と同じの対称高次モードになるようにすることも出来る。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００３９】
図７ａは、本発明の実施の形態による製造方法によってモード分割方向性カプラを製造する過程を示す図である。使用した光ファイバは階段型屈折率分布を有し、コア直径が４．３μｍ、クラッド直径が１２５μｍで、波長１．０６μｍにおけるＶ値が約３．１のＴＭＦである。前記ＴＭＦを約２ｍ長に２ラインを切断して第１及び第２のＴＭＦを準備した。ＴＭＦテーパー製作と溶融型方向性カプラの製作に使用したトーチには、プロパンガスと酸素を使用し、プロパンガスの流量を約５ｓｃｃｍに調節して完全燃焼させた。
【００４０】
第１のＴＭＦに関してマックスウェル方程式を計算し、図５のような形態の有効屈折率グラフを求め、第２のＴＭＦを各々１１０、１００、９０、８０、７０、６０、５０μｍにクラッドをエッチングした場合に関してマックスウェル方程式を計算し、図５のような形態の有効屈折率グラフを求めた。第１のＴＭＦに関して得た前記有効屈折率グラフにおいて、ＬＰ０１モードのグラフ値を取り、前記多様な直径にエッチングされた第２のＴＭＦに関して得た有効屈折率グラフにおいて、ＬＰ１１モードとＬＰ０２モードのグラフ値を各々取った。前記方式で得た第１のＴＭＦでのＬＰ０１モードの直径による有効屈折率値と、各々エッチングされた直径別に、第２のＴＭＦでのＬＰ１１及びＬＰ０２モードの直径による有効屈折率値を使用して、ＬＰ０１−ＬＰ１１モードの場合とＬＰ０１−ＬＰ０２モードの場合に位相整合条件を満たす直径に対する図６のような形態のグラフを、第２のＴＭＦのエッチングされた直径別に得る。
【００４１】
本発明の実施の形態では、エッチングされた多様な直径に対する図６のような形態のグラフのうち、５０μｍにエッチングされた場合のグラフである図８を選択して溶融型モード分割方向性カプラの製作の基準とした。ＬＰ０２モードへのモード結合を除去し、ＬＰ１１モードへのモード結合を効果的に起こさせるためには、図８のように、ＬＰ０１−ＬＰ１１モードのグラフ（８０１）とＬＰ０１−ＬＰ０２モードのグラフ（８０２）がモード結合領域（８０３−８０４、８０５−８０６）においてＴＭＦ直径が約２μｍ以上分離されなければならなく、特定の初期直径（８０８）から原点に向かうカプラ製作直線（８０７）とＬＰ０１−ＬＰ１１モードのグラフ（８０１）との間の誤差が１．５μｍ以内の値に維持されなければならない。
【００４２】
前記方法にて得られた図８を使用して、初期直径（８０８）に合わせて第１のＴＭＦは、約２ｃｍぐらいのジャケットを剥がした後、その部分をクラッド直径３０μｍにテーパーし、第２のＴＭＦは、約２ｃｍぐらいのジャケットを剥がした後、その部分をクラッド直径５０μｍにエッチングした。
【００４３】
図７ａを参照すると、５０μｍにクラッドがエッチングされた第２のＴＭＦ（７０２）をＬＰ１１モード端として使用し、同じＴＭＦを３０μｍ厚さにテーパーした第１のＴＭＦテーパー（７０１）をＬＰ０１モード端として使用する。その後、波長１．０６μｍの光源（７０９）を使用して第１のＴＭＦテーパーの一側端（７０３）に光を入れてＬＰ０１モードを進行させ、トーチ（７０４）で熱を加えながら、両光ファイバを接合させた後、矢印の両方向に引き伸ばす。これと共に、第１のＴＭＦテーパーとエッチングされた第２のＴＭＦの両端（７０７、７０６）から出る光度を光検出器（７０８）によって測定する。エッチングされた第２のＴＭＦの端（７０６）から出る光度のうち、ＬＰ１１モードの光度を測定して計算されたモード結合率が所望する値になった時、光ファイバに加えていた引張を止め、加熱を中断すると、溶融型モード分割方向性カプラが製作される。モード結合率が最大になった時、製作された溶融型モード分割方向性カプラは、第１のＴＭＦテーパーの直径は約１８μｍで、エッチングされた第２のＴＭＦの直径は約３０μｍ、Ｖ値は約１．８であって、エッチングされたＴＭＦのＬＰ０１モードはまだ光結合に参与していないモード結合領域に含まれる値で、高消去率を得ることが出来る。一般の溶融型方向性カプラと同様に、カプラのウェストを保護するために、図１ｄに示したような石英ガラス管とエポキシ等を用いて固定させる。前記方法にて製作された溶融型モード分割方向性カプラにおいてモード結合率が最大になるようにした時、約９２％のモード結合率と２５ｄＢのモード消去率を得た。
【００４４】
図７ｂは、前記方式によって溶融型モード分割方向性カプラの製作時、引張に伴うモード結合率を示したグラフである。図７ｂのグラフは、図７ａのエッチングされた第２のＴＭＦ端（７０６）の出力からＬＰ１１モードにモード結合されて出る光度を規格化（ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）して示しているものであって、ＬＰ１１モード強さが最大になる位置（７１０）で引張を止めて溶融型モード分割方向性カプラを製作すると、９０％以上のモード結合を得ることが出来る。引張を長く進行すると、徐々に位相整合条件に合わない領域に進行しながら、結合率が低くなると同時に、他のモードへのモード結合で光損失が起こるため好ましくない。
【００４５】
図７ｃは、本発明の実施の形態によって製作されたモード分割方向性カプラの接合部の断面図である。図７ｃを参照すると、エッチングされたＴＭＦとＴＭＦテーパーを使用して溶融接合が完了された溶融型モード分割方向性カプラの断面が示されている。方向性カプラの接合部でエッチングされたＴＭＦ（７２０）とＴＭＦテーパー（７３０）とが溶融接合されて亜鈴形態を成している。
【００４６】
図９は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラの波長によるモード結合特性を示すグラフである。図９は、中心波長１０６４ｎｍに製作された溶融型モード分割方向性カプラのＬＰ０１モード端に広い波長帯域の光を入射した場合、ＬＰ１１モード端（９０１）とＬＰ０１モード端（９０２）への方向性結合が波長によって変化されることを示し、１０６４ｎｍ付近の約４０ｎｍ帯域において８０％以上のモード結合率（９０３）を示す。
【００４７】
図１０は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラにＬＰ０１モード入力時にその両端から出るモードフィールドを示す図である。製作されたモード分割方向性カプラは約９０％のモード結合率を示すものであって、参照番号１００１及び１００２は図７ａのＬＰ０１モード端（７０７）とＬＰ１１モード端（７０６）から出る光の遠距離モード形態（ｆａｒ−ｆｉｅｌｄ ｍｏｄｅ ｐａｔｔｅｒｎ）を各々示す。この場合、ＬＰ１１モード端のＬＰ０１モードとＬＰ１１モードのモード消去率は約２５ｄＢである。
【００４８】
【発明の効果】
上述のような本発明によるモード分割方向性カプラの製造方法によると、位相整合条件を満たす特定のＳＭＦ−ＴＭＦ対を探す必要がなく、溶融型であるため、全光ファイバ形態になって光ファイバ以外の物質が含まれる既存の研磨型方式に比し、温度に対する安定性が優れ、製作が容易であるというメリットを有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａ乃至図１ｄは、一般溶融型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。
【図２】図２ａ乃至図２ｅは、一般研磨型方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図である。
【図３】図３ａ及び図３ｂは、モード分割方向性カプラの機能を説明するための図である。
【図４】図ａ４は、モード分割方向性カプラを製作する従来技術の過程を説明するための図であり、図４ｂは、図４ａの方法によって製作されたモード分割方向性カプラの断面図である。
【図５】図５は、二重モード光ファイバの直径によるＬＰ０２モード、ＬＰ１１モードとＬＰ０１モードの有効屈折率を各々示したグラフである。
【図６】図６は、ＴＭＦとＴＭＦテーパーで溶融型モード分割方向性カプラを製作する場合、位相整合が成される状態曲線を示したグラフである。
【図７】図７ａは、本発明の実施の形態による製造方法によってモード分割方向性カプラを製造する過程を示した図であり、図７ｂは、図７ａの方法によって溶融型モード分割方向性カプラの製作時、引張によるモード結合特性を示したグラフであり、図７ｃは、図７ａの方法によって製造されたモード分割方向性カプラの接合部の断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラの位相整合が成される状態曲線を示したグラフである。
【図９】図９は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラの波長によるモード結合特性を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態によって製作された溶融型モード分割方向性カプラにＬＰ０１モード入力時、その両端から出るモードフィールドを示した図である。
【符号の説明】
７０１ 第１のＴＭＦテーパー
７０２ 第２のＴＭＦ
７０３ 第１のＴＭＦテーパーの一側端
７０４ トーチ
７０６ 第２のＴＭＦの端
７０６ 第２のＴＭＦの端
７０８ 光検出器
７０９ 光源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a directional coupler, and more particularly to a method for manufacturing a molten directional coupler that is easy to manufacture and exhibits stable performance.
[0002]
[Prior art]
An ordinary directional coupler is configured to transmit light traveling in one optical fiber into two optical fibers (in the case of a 2 × 2 directional coupler) or a number of optical fibers (N × N directional coupler). In this case, it is one of the most basic optical elements that enter into almost all optical communication systems. The main method for producing directional couplers is a melt-type method, and in some special cases, a polishing die may be used.
[0003]
The optical fiber taper means that a part of the optical fiber is stretched by applying heat, and this operation is called a taper process. Fused directional couplers are manufactured through such a taper process.
[0004]
With reference to FIGS. 1a to 1d, a conventional process of manufacturing a general 2 × 2 fused directional coupler will be described.
[0005]
First, as shown in FIG. 1a, a jacket (110) is peeled off to a length of about 1 to 2 cm at an intermediate portion to prepare a two-line optical fiber (100) with the cladding (120) exposed. Next, as shown in FIG. 1b, the exposed clads are brought into contact with each other, and the contact portion (C) is heated with the torch (130), and at the same time, is pulled in the length direction (F-F ') of the optical fiber. While adding, melt bonding is performed. At the same time, if an optical signal of the desired size is obtained while an optical signal is being input to the optical fiber, when the heating and pulling are stopped, the two-line optical fiber taper melts as shown in FIG. 1c. The joined directional coupler waist (C ′) is formed, but this portion is the thinnest, has a roughly uniform thickness, and generates the strongest directional coupling. Then, in order to protect the waist of the directional coupler, when the waist is fixed using the quartz glass tube (140) and epoxy (150) of FIG. 1d, the manufacture of the directional coupler is completed. Usually, the same optical fiber is used for the two-line optical fiber, but in order to obtain the desired wavelength characteristics and coupling ratio, different optical fibers are used for the two-line optical fiber or after one line is stretched in advance. Sometimes it is produced.
[0006]
2A to 2E are views for explaining a conventional process of manufacturing a general polishing type directional coupler. First, as shown in FIG. 2a, a hexagonal quartz glass block (200) is prepared. Next, as shown in FIG. 2b, a fixing base (200a) provided with a groove (202) having a depth appropriate for the jacket thickness of the optical fiber is completed. Next, as shown in FIG. 2c, the optical fiber (210) is fixed to the groove using epoxy or the like. Next, the block surface on which the optical fiber is buried is polished so that the light traveling through the optical fiber core is slightly leaked, and the cladding of the optical fiber is shaved together with the block, as shown in FIG. 2d. A polished optical fiber (210a) is made. Both blocks (200a, 200a ′) thus manufactured are joined, and the cores of both optical fibers (210a, 210a ′) are brought close to each other to manufacture a directional coupler. Such a polishing-type directional coupler includes a polarization maintaining directional coupler using a polarization maintaining optical fiber and a mode dividing direction using an elliptical core dual mode optical fiber (hereinafter referred to as “TMF”). It is used for manufacturing a variable directional coupler capable of changing the coupling rate of a directional coupler and a case where the intrinsic birefringence axis existing in the optical fiber core has to be manufactured as in the case of a directional coupler. However, in a polishing type directional coupler, an index matching oil or the like must be used for its joint surface for effective directional coupling. Compared to the optical fiber type, there is a disadvantage that the stability to environmental changes such as temperature changes is inferior.
[0007]
Next, to assist in understanding the present invention, the function of the mode division directional coupler will be described with reference to FIGS. 3a and 3b. The directional coupler shown in FIGS. 3a and 3b has a universal function unrelated to a manufacturing form such as a polishing mold or a melt mold, and its basic form is TMF (300) and simple. One mode optical fiber (Single Mode Fiber: 301, hereinafter referred to as “SMF”) is joined through a coupling region (302).
[0008]
There is a standardized frequency as a value for specifying an optical fiber. The radius of the optical fiber core is α, the wavelength is λ, and the refractive index of the core and the cladding is ncoAnd nclThe standard frequency V can be expressed by the following
[Formula 1]
In an optical fiber, the larger the V value, the greater the number of modes that can travel inside, and when V has a value between 0 and 2.405, the SMF can travel only in the LP01 mode. If it has a value between 2.405 and 3.83, it becomes a TMF in which the LP01 mode and the LP11 mode can proceed. When the V value is smaller than about 1.4, the waveguide characteristic of the optical fiber is weakened, and the electric field of the LP01 mode starts to spread in the cladding region, and when the cladding comes into contact with other materials, Bonding will occur. In the case of a melt-type directional coupler manufactured by a general SMF, the V value becomes approximately 0.8 by using such a property.
[0010]
The function shown in FIG. 3a is that when the LP01 mode and the LP11 mode (303) proceed through the TMF (300), the LP01 mode of the TMF (300) passes as it is through the coupling region (302). Then, the mode is a mode division function in which the LP11 mode of the TMF (300) switches to the LP01 mode (305) of the SMF (301) and proceeds to the LP01 mode (304) of the output end TMF.
[0011]
On the other hand, as shown in FIG. 3b, when the LP01 mode (306) is incident on the SMF (301), the mode is switched to the TMF LP11 mode (307) via the coupling region (302). .
[0012]
Such mode division, mode switching, and the like preferably occur with 100% efficiency. Mode coupling rate and mode erasing rate are examples of the performance of the mode division directional coupler. When the power of the LP01 mode (306) input to the SMF (301) in FIG. 3b is P0, this light is mode-coupled to the LP11 mode (307) of the output terminal TMF via the coupling region (302). Assuming that the power is P1 and the power mode-coupled to the LP01 mode of the output terminal TMF is P2, the mode coupling rate and the mode erasure rate are expressed as the following equations 2 and 3, It is universal that each has a value of about 90% and 20 dB, and a larger value is preferable.
[Formula 2]
Effective coupling rate = 100 × P1/ P0
[Formula 3]
Mode erasure rate = 10 log (P1/ P2)
[0013]
FIG. 4a is a diagram for explaining a conventional process for manufacturing a mode-division directional coupler. Referring to FIG. 4a, after SMF and TMF are each manufactured with blocks (400, 401) polished together with a general polishing type directional coupler, both the refractive index matching oil and epoxy are used on the joint surface (402). Adhere the blocks in close contact. In the case of a mode-division directional coupler manufactured by the above method, in order for effective mode coupling to occur between the LP11 mode of TMF and the LP01 mode of SMF, a condition where the propagation constants of both modes are equal, That is, it must be manufactured using SMF and TMF pairs that satisfy the phase matching condition. In addition, since the LP11 mode lobe is not stable in the circular core TMF, the cross section of the mode-division directional coupler manufactured using the elliptical core TMF and manufactured by the method of FIG. 4a is shown. As shown in FIG. 4 b, the direction in which the TMF elliptical core (403) and the SMF core (404) are joined is set as the major axis or minor axis direction (405) of the TMF elliptical core. Is preferably matched.
[0014]
The propagation constant β of one mode among the mode characteristics is the effective refractive index n of the mode.effTherefore, the phase matching condition can be expressed as having the same refractive index in both modes.
[Formula 4]
β = (2π / λ) neff
Where λ is the wavelength.
[0015]
Therefore, in order to fabricate a polishing type mode division directional coupler, it is necessary to experimentally measure the effective refractive indexes of the TMFLP11 mode and the SMFLP01 mode to find a TMF and SMF pair having the same value. Such a polishing type mode-division directional coupler uses a refractive index matching oil and a material such as epoxy for mode coupling and block adhesion, so its performance is affected by external environmental changes such as temperature changes. There is a problem that becomes.
[0016]
There are two modes, LP01 mode and LP11 mode, that can travel through the TMF. When a taper process is performed on one end of the TMF, the diameters of the core and the clad of the optical fiber are reduced to the same ratio. For TMF with a stepped refractive index distribution that can be tapered, applying the Maxwell equation to develop the electric field equation, the numerical distribution of the mode distribution and its effective refractive index traveling in TMF Can be calculated. FIG. 5 is a graph showing the effective refractive index of the LP01 mode and the effective refractive index of the LP11 mode according to the TMF taper diameter, which are values calculated using the above method.
[0017]
The effective refractive index is lower than the refractive index of the clad and cannot travel in a general optical fiber surrounded by a jacket, but the area where the jacket peels off and consists of the clad and air, for example, the waist of a directional coupler The mode that can proceed is called the clad mode, and the lowest order mode of the TMF clad mode is the LP02 mode. In contrast, a mode that is higher than the refractive index of the clad and can generally proceed is called a core mode.
[0018]
A solid line denoted by
[0019]
On the other hand, after preparing two lines of TMF having the same diameter (502), after contacting one of the TMF taper tapered to an appropriate diameter (504) and another TMF, If both are stretched together, the diameters of both optical fibers are reduced to the same ratio. The LP01 mode effective refractive index (505) of the TMF taper and the LP11 mode effective refractive index (503) of the other TMF also decrease as the diameter decreases. When the diameter of the TMF taper and the other TMF is reduced to the same ratio and each reaches a specific diameter value (508, 506), the effective refractive index (507) of the LP11 mode of the other TMF and the TMF taper The LP01 mode has the same effective refractive index (509), that is, a state that satisfies the phase matching condition. Therefore, as described above, when the TMF and the TMF taper are melt-bonded and stretched so that the final diameter satisfies the phase matching condition, a melt-type mode-division directional coupler can be manufactured. However, depending on the initial diameter of the TMF taper, the final diameter of the TMF taper satisfying the phase matching condition between the LP01 mode of the TMF and the LP11 mode of the TMF and the other one TMF may be different. Become.
[0020]
Here, through the description of the prior art, it will be described how the performance of the molten mode division directional coupler differs depending on the TMF taper and the initial diameter of TMF.
[0021]
Conventionally, a fused mode division directional coupler has been manufactured using a TMF taper prepared by tapering any one of the same two lines of TMF and the remaining TMF. FIG. 6 shows a state curve that is phase-matched when a fused mode division directional coupler is manufactured using TMF and TMF taper having a general stepped refractive index profile. FIG. 6 is a graph showing the diameters of TMF and TMF taper that satisfy the phase matching condition between the LP01 mode and the LP11 mode in FIG. In FIG. 6, the curve (601) indicated by the solid line is indicated by the one-dot chain line, the theoretical value of the diameter of the TMF and the TMF taper satisfying the phase matching condition between the LP11 mode of the TMF and the LP01 mode of the TMF taper. A curve (602) shows the theoretical value of the diameter of the optical fiber satisfying the phase matching condition between the LP02 mode of the TMF and the LP01 mode of the TMF taper. When a fused mode splitting directional coupler is manufactured, the mode coupling to the LP02 mode is the main factor that gives optical loss because the light mode-coupled to the LP02 mode is lost through the jacket.
[0022]
When the initial diameters (608) of the TMF and the TMF taper are determined, the diameters of both optical fibers are straight lines toward the origin (607: hereinafter referred to as “coupler manufacturing straight line”) in the manufacturing process of the fused mode division directional coupler. It will decrease with time. For effective mode coupling, a straight line with a decreasing diameter and a curve satisfying the phase matching condition are within about 1.5 μm of the TMF diameter (effective refractive index 10-4Preferably in parallel, but when fabricated with TMF and TMF taper, both lines in the mode coupling regions (603-604, 605-606) show further differences.
[0023]
The mode coupling region refers to a region having a TMF V value between 1.4 and 2.405, in which the effective refractive index of the TMFLP11 mode is lower than the refractive index of the cladding, and the TMFLP01 mode is Since it is not yet spread out into the cladding, mode coupling occurs effectively between the TMFLP11 mode and the LP01 mode of the TMF taper, and at the same time, the TMFLP01 mode does not participate in optical coupling and obtains a high mode erase rate. Therefore, it is preferable that the melt-type mode division directional coupler is manufactured in this region.
[0024]
As can be seen from FIG. 6, in the mode coupling region (603 to 604, 605 to 606), the LP01-LP02 mode curve (602) is quite close to the LP01-LP11 mode curve (601). . As a result, when a mode splitting directional coupler is manufactured in a molten type using TMF and TMF taper, mode coupling to the LP02 mode occurs together with mode coupling to the LP11 mode, and a considerable amount of optical loss is reduced. It is not preferable because it will cause it to occur.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
Existing polishing mode-division directional couplers use a different material such as refractive index matching oil and epoxy in the manufacture thereof, and thus have a disadvantage in that their performance deteriorates due to temperature changes and the like.
[0026]
Therefore, the technical problem of the present invention is a fused mode in the form of an all-optical fiber that does not contain substances other than optical fibers, has excellent stability against temperature changes, and has the performance of existing polished directional couplers. It is to provide a method for manufacturing a split directional coupler.
[0027]
In the manufacture of the existing polishing type directional coupler, the specification of the optical fiber could not be changed. Therefore, the specification of each optical fiber was experimentally investigated, and the effective refractive index of the TMFLP11 mode and the effective refractive index of the SMFLP01 mode. However, there is a hassle to find and use the same optical fiber pair. Accordingly, a further technical problem of the present invention is to provide a method of manufacturing a mode-division directional coupler in which selection of an optical fiber pair for manufacturing a directional coupler is relatively easy.
[0028]
A further technical problem of the present invention is that it is smaller in size and can be manufactured lighter than existing polishing molds, and the manufacturing cost and time are reduced. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a melt-type mode-division directional coupler that is substantially the same.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above technical problem, a method of manufacturing a fused mode-division directional coupler according to the present invention includes: a first light and a second light each having a core and a clad, each of which is partially removed. A fiber line, wherein the cladding diameter of the first optical fiber is D1Standard frequency is V1The cladding diameter of the second optical fiber is D2, and the standard frequency is V2And V1<V2Providing first and second optical fibers satisfying the following conditions; contacting the clad of the first and second optical fibers with the jacket peeled; and a specific mode of the first optical fiber M1And the specific mode M of the second optical fiber2Measuring the coupling efficiency at which the optical fibers are coupled; pulling the optical fibers together in their length direction while melt-bonding the contact sites; and maintaining the tensioning step Stopping the pulling step when the coupling efficiency reaches a specific value; and mode coupling between the specific modes has the specific efficiency value.
[0030]
In the optical fiber preparation step, the first optical fiber has a cladding diameter of D by a taper process.1And the second optical fiber has a cladding diameter of D due to the etching of the cladding.2Is preferred.
[0031]
At this time, in preparing the optical fiber, the first and second optical fibers can be prepared by adding a taper process and etching to the optical fiber having the same structure. A mode optical fiber or a dual mode optical fiber can be used.
[0032]
When a dual mode optical fiber is used, the M1Is the LP01 mode, and the M2Is preferably LP11 mode.
[0033]
In addition, the M1Is the core mode and M2Can also be in clad mode.
[0034]
On the other hand, the specific value of the coupling efficiency for stopping the pulling step can be selected as the maximum value of the coupling efficiency.
[0035]
The first and second optical fibers are all dual mode optical fibers and have an elliptical core, so that stable mode coupling occurs only in one lobe direction of the LP11 mode where mode coupling occurs. In the joint portion, the arrangement planes of the first and second optical fibers and the axis of the elliptical core can be arranged in parallel.
[0036]
Further, the first and second optical fibers are selected as elliptical core multimode optical fibers, and the mode participating in the mode coupling is LP01 of one of the first and second optical fibers. The mode and the same asymmetric higher-order mode as the LP12 mode of another optical fiber can be used.
[0037]
Further, the first and second optical fibers are selected as multimode optical fibers, and the mode participating in the mode coupling is the LP01 mode of one of the first and second optical fibers, and It is also possible to achieve the same symmetric high-order mode as LP02 of another optical fiber.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0039]
FIG. 7A is a diagram illustrating a process of manufacturing a mode-division directional coupler by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. The optical fiber used has a staircase refractive index profile, a core diameter of 4.3 μm, a cladding diameter of 125 μm, and a TMF of about 3.1 at a wavelength of 1.06 μm. First and second TMFs were prepared by cutting the TMF into about 2 m length and cutting two lines. Propane gas and oxygen were used for the torch used for TMF taper fabrication and fusion type directional coupler fabrication, and the propane gas flow rate was adjusted to about 5 sccm to complete combustion.
[0040]
The Maxwell equation is calculated for the first TMF, an effective refractive index graph having a configuration as shown in FIG. 5 is obtained, and the cladding is etched to 110, 100, 90, 80, 70, 60, and 50 μm of the second TMF, respectively. The Maxwell equation was calculated for each case, and an effective refractive index graph having a form as shown in FIG. 5 was obtained. In the effective refractive index graph obtained for the first TMF, LP01 mode graph values are taken, and in the effective refractive index graph obtained for the second TMF etched to various diameters, the LP11 mode and LP02 mode graphs are obtained. Each value was taken. The effective refractive index value according to the diameter of the LP01 mode in the first TMF obtained by the above method and the effective refractive index value according to the diameter of the LP11 and LP02 modes in the second TMF are used for each etched diameter. 6 is obtained for each diameter of the second TMF etched, with respect to the diameter satisfying the phase matching condition in the LP01-LP11 mode and the LP01-LP02 mode.
[0041]
In the embodiment of the present invention, FIG. 8 which is a graph in the case of being etched to 50 μm is selected from the graphs of the shapes as in FIG. The production standard was used. In order to remove the mode coupling to the LP02 mode and effectively cause the mode coupling to the LP11 mode, the LP01-LP11 mode graph (801) and the LP01-LP02 mode graph (802) as shown in FIG. ) Must be separated by more than about 2 μm in TMF diameter in the mode coupling region (803-804, 805-806), the coupler fabrication line (807) from the specific initial diameter (808) to the origin and the LP01-LP11 mode The error with respect to the graph (801) must be kept within 1.5 μm.
[0042]
Using the FIG. 8 obtained by the above method, the first TMF is peeled off from the jacket of about 2 cm according to the initial diameter (808), and then the portion is tapered to a cladding diameter of 30 μm. In the TMF, a jacket having a thickness of about 2 cm was peeled off, and the portion was etched to a cladding diameter of 50 μm.
[0043]
Referring to FIG. 7a, the second TMF (702) with the cladding etched to 50 μm is used as the LP11 mode end, and the first TMF taper (701) tapered to the thickness of 30 μm is used as the LP01 mode end. use. Then, using a light source (709) with a wavelength of 1.06 μm, light is introduced into one end (703) of the first TMF taper to advance the LP01 mode, and both lights are applied while applying heat with the torch (704). After joining the fibers, they are stretched in both directions of the arrows. At the same time, the light intensity emitted from both ends (707, 706) of the first TMF taper and the etched second TMF is measured by the photodetector (708). When the mode coupling ratio calculated by measuring the light intensity of the LP11 mode out of the light intensity emitted from the end (706) of the etched second TMF reaches a desired value, the tension applied to the optical fiber is stopped. When the heating is interrupted, a fused mode split directional coupler is manufactured. When the mode coupling ratio is maximized, the fabricated fused mode division directional coupler has a first TMF taper diameter of about 18 μm, an etched second TMF diameter of about 30 μm, and a V value of Since the LP01 mode of the etched TMF is about 1.8 and is included in the mode coupling region that has not yet participated in the optical coupling, a high erasure rate can be obtained. In the same manner as a general molten type directional coupler, in order to protect the waist of the coupler, it is fixed using a quartz glass tube and epoxy as shown in FIG. 1d. When the mode coupling rate was maximized in the fused mode division directional coupler manufactured by the above method, a mode coupling rate of about 92% and a mode erasing rate of 25 dB were obtained.
[0044]
FIG. 7b is a graph showing a mode coupling rate associated with tension during the fabrication of a fused mode division directional coupler according to the above method. The graph of FIG. 7b shows the luminosity normalized from the output of the etched second TMF end (706) of FIG. 7a to the LP11 mode, and is normalized. 90% or more mode coupling can be obtained by producing a molten mode splitting directional coupler by stopping the tension at the position where the strength is maximum (710). If the tension is advanced for a long time, the coupling rate is lowered while gradually proceeding to a region that does not meet the phase matching condition, and at the same time, an optical loss is caused by mode coupling to another mode, which is not preferable.
[0045]
FIG. 7c is a cross-sectional view of a junction of a mode-division directional coupler fabricated according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7c, there is shown a cross section of a molten mode split directional coupler that has been melt bonded using etched TMF and TMF taper. TMF (720) and TMF taper (730) etched at the joint of the directional coupler are melt-bonded to form a dumbbell shape.
[0046]
FIG. 9 is a graph showing the mode coupling characteristics depending on the wavelength of the fused mode division directional coupler manufactured according to the embodiment of the present invention. FIG. 9 shows the directivity toward the LP11 mode end (901) and the LP01 mode end (902) when light in a wide wavelength band is incident on the LP01 mode end of the fused mode division directional coupler manufactured at the center wavelength of 1064 nm. It shows that the coupling is changed by the wavelength, and shows a mode coupling ratio (903) of 80% or more in the approximately 40 nm band near 1064 nm.
[0047]
FIG. 10 is a diagram showing mode fields output from both ends of the fused mode division directional coupler manufactured according to the embodiment of the present invention when the LP01 mode is input. The fabricated mode-division directional coupler exhibits a mode coupling ratio of about 90%, and
[0048]
【The invention's effect】
According to the method of manufacturing a mode-division directional coupler according to the present invention as described above, there is no need to search for a specific SMF-TMF pair satisfying the phase matching condition, and since it is a molten type, it becomes an all-optical fiber form. Compared with the existing polishing type system containing other substances, it has the advantage of excellent temperature stability and easy manufacture.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1a to 1d are views for explaining a conventional process of manufacturing a general melting type directional coupler.
FIGS. 2a to 2e are views for explaining a conventional process of manufacturing a general polishing type directional coupler. FIGS.
FIGS. 3a and 3b are diagrams for explaining the function of the mode-division directional coupler. FIGS.
4 is a diagram for explaining a prior art process for manufacturing a mode-division directional coupler, and FIG. 4b is a cross-sectional view of the mode-division directional coupler manufactured by the method of FIG. 4a. is there.
FIG. 5 is a graph showing effective refractive indexes of LP02 mode, LP11 mode, and LP01 mode according to the diameter of the dual mode optical fiber.
FIG. 6 is a graph showing a state curve in which phase matching is achieved when a fused mode division directional coupler is manufactured with a TMF and a TMF taper.
7A is a diagram illustrating a process of manufacturing a mode-division directional coupler by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a fused mode-division directional coupler according to the method of FIG. 7A; FIG. 7C is a cross-sectional view of the joint portion of the mode-division directional coupler manufactured by the method of FIG. 7A.
FIG. 8 is a graph showing a state curve in which phase matching is performed for a fused mode division directional coupler manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a mode coupling characteristic depending on a wavelength of a fused mode division directional coupler manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing mode fields output from both ends of an LP01 mode input to a fused mode division directional coupler manufactured according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
701 First TMF taper
702 Second TMF
703 One end of the first TMF taper
704 torch
706 End of second TMF
706 End of second TMF
708 photodetector
709 Light source
Claims (12)
モード結合曲線Ｃ１とモード結合曲線Ｃ２がモード結合領域において２μｍ以上離れることを可能にし、更に、特定初期クラッド径からモード結合グラフの原点に向かうカプラ製造直線とモード結合曲線Ｃ２の差をモード結合領域において初期クラッド直径Ｄ 1 とＤ ２ から１．５μ m 以内に維持することを可能にする，第１光ファイバの特定初期クラッド直径Ｄ １ 及び第２光ファイバの特定初期クラッド直径Ｄ ２ を見いだすステップと；
各々がコアとクラッドを有し、その各々のジャケットの一部が除去された第１及び第２光ファイバであって、前記第１光ファイバのクラッド直径がＤ１、規格周波数がＶ１であり、前記第２光ファイバのクラッド直径がＤ２、規格周波数がＶ２であり、Ｖ１＜Ｖ２の条件を満たす第１及び第２光ファイバを準備するステップと；
ジャケットが剥がされた前記第１及び第２光ファイバのクラッドを、接合部位を形成するために、相互接触させるステップと；
前記第１光ファイバの特定モードＭ１と前記第２光ファイバの特定モードＭ２とが結合される結合効率を測定するステップと；
前記接合部位を溶融接合させながら、前記第１及び第２光ファイバをその長さ方向に共に引張るステップと；
前記結合効率が前記特定結合効率値に達する時、前記引張るステップを停止させるステップと；
からなる溶融型モード分割方向性カプラの製造方法であって、
前記特定モードＭ １ と前記特定モードＭ ２ の間の結合効率が前記特定結合効率値に等しくなることを特徴とする溶融型モード分割方向性カプラの製造方法。 By using the calculation data of the first optical fiber and the second optical fiber having the cladding diameter formed by tapering and etching two identical optical fibers, respectively, the specific mode M 1 of the first optical fiber is used. a step of preparing and mode coupling graph includes a mode coupling curve C2 between the mode coupling curves C1 and the particular mode M 1 and the particular mode M 2 different from other particular mode during certain modes M 2 of the second optical fiber ;
The mode coupling curve C1 and the mode coupling curve C2 can be separated from each other by 2 μm or more in the mode coupling region, and the difference between the coupler manufacturing line from the specific initial cladding diameter toward the origin of the mode coupling graph and the mode coupling curve C2 is determined as the mode coupling region. It makes it possible to maintain the initial cladding diameter D 1 and D 2 within 1.5 microns m in the step of finding a specific initial cladding diameter D 2 of a particular initial cladding diameter D 1 and the second optical fiber of the first optical fiber When;
First and second optical fibers each having a core and a clad, and a portion of each jacket being removed, wherein the clad diameter of the first optical fiber is D 1 and the standard frequency is V 1 . Preparing a first optical fiber and a second optical fiber satisfying the condition of V 1 <V 2 , wherein the cladding diameter of the second optical fiber is D 2 , the standard frequency is V 2 ;
Bringing the claddings of the first and second optical fibers, from which the jackets have been peeled, into contact with each other to form a bonding site;
Measuring the coupling efficiency of a specific mode M 2 specific mode M 1 and the second optical fiber of the first optical fiber is coupled;
Pulling the first and second optical fibers together in the length direction while melt-bonding the bonding sites;
Stopping the pulling step when the coupling efficiency reaches the specific coupling efficiency value;
A method for producing a melt-type mode division directional coupler comprising:
Method for producing a melt-type mode split directional coupler, characterized in that the coupling efficiency between the particular mode M 1 and the specific mode M 2 is equal to the specific coupling efficiency value.
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